Introdução à Arte da Ciência da Computação

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NOME DA AULA
Introdução à Arte da
Ciência da Computação
Tempo de aula: 45–60 minutos Tempo de preparação: 15 minutos
Principal objetivo: deixar claro para os alunos o que é a ciência da computação e como ela pode ser útil em suas vidas.
RESUMO
Esta aula apresentará o conceito de
“Ciência da Computação” e explicará o que
um “Cientista da Computação” faz. Também
dará aos alunos a chance de imaginar-se no
papel de um cientista da computação. Ao
final da atividade, cada aluno terá um resumo
do que aprendeu para levar para casa.
Você pode se sentir tentado a não ensinar às
crianças pequenas o vocabulário complicado
associado às aulas a seguir, mas ensiná-los
de uma forma divertida e leve agora é muito mais produtivo do que esperar por uma
oportunidade futura.
OBJETIVO
Os alunos vão:
• Aprender a diferença entre programação,
ciência da computação e pensamento computacional
• Entender que o computador é uma ferramenta e não uma desculpa para desligarmos o cérebro
• Aprender a usar o computador com responsabilidade
• Descobrir que a ciência da computação
pode mudar o mundo
MATERIAIS
• Decodificador binário
• Papel quadriculado ou tiras binárias
• Canetinhas coloridas
PREPARAÇÃO
Prepare uma tira binária (imprima a
folha fornecida e corte-a em tiras)
ou separe um pedaço de papel quadriculado
por pessoa
• Alunos do pré ao 3º ano usam uma
tira binária com uma letra
• Alunos do 4º ao 6º ano usam uma tira
binária com duas letras
• Alunos do 7º ao 8º ano usam papel
quadriculado
Imprima ou mostre o decodificador binário
Leia a introdução da aula e adapte o vocabulário de acordo com a idade de seus alunos.
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
VOCABULÁRIO
Automatizar — Fazer algo acontecer
automaticamente (sem a ajuda de pessoas)
Ciência da Computação — A arte de associar
ideias humanas e ferramentas digitais para
aumentar a capacidade de resolver problemas
Cientista da Computação — Uma pessoa
com a habilidade de transformar problemas
em soluções digitais
Dados — Informação, incluindo: fatos, exemplos, nomes e números
Meio ambiente — O mundo em que vivemos
Interface — O modo como alguma coisa permite que você se conecte a ela
Código Aberto — Programa criado para o
uso livre de todos
Programação — Escrever instruções para
uma ferramenta digital
Simulação — Fingir ser (um substituto para)
uma coisa real
Os alunos terão
a oportunidade
de experimentar
o papel de
um cientista
da computação
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
INTRODUÇÃO
A Ciência da Computação é uma das formas de arte mais incríveis do mundo. Além de ser
muito expressiva — permitindo uma combinação infinita de palavras, imagens e ideias —
quando bem feita, resulta em um produto funcional e útil que pode entreter e informar as
massas.
Quando pensam em ciência da computação, a maioria das pessoas pensa em programação.
Geralmente, imaginam que a área é cheia de pessoas que ficam sozinhas na frente do computador o dia inteiro, encarando grandes telas e tomando café. Na verdade, a ciência da computação é uma atividade envolvente e colaborativa que vai muito além dos uns e zeros que a
fizeram ficar famosa.
A arte da ciência da computação geralmente começa com um problema que precisa ser
resolvido. Pode ser que um estudo tenha gerado informação demais para uma pessoa conseguir analisar durante toda sua vida. Talvez um idoso tenha dificuldades em se conectar com
parentes distantes. Ou uma organização pode precisar achar o melhor caminho para um avião
conseguir percorrer a maior distância com a menor quantidade de combustível possível.
Pergunta opcional:
P: Você consegue pensar em um problema que um cientista da computação poderia
resolver?
Quando um problema é identificado, às vezes ele pode parecer muito grande para ser solucionado. É por isso que os cientistas da computação aprendem a analisar pequenas partes
em vez do problema todo. Dividir uma tarefa em partes é uma excelente maneira de progredir
por meio de uma série de pequenos sucessos.
Descobrir como algo deve funcionar é muito diferente de fazê-lo funcionar. E é aí que a simulação por computador e o desempenho automatizado entram. Se você está tentando simular
uma experiência do mundo real, ou uma experiência impossível, os computadores são uma
plataforma extremamente útil.
Pergunta opcional:
P: Você já viu alguma simulação por computador? Decreva-a.
Se a sua solução é executada em um computador, imagina-se que as pessoas precisarão de
um meio para interagir com ela. Isso exige a criação de uma interface artística, bonita e bem-feita. Um programa também deve direcionar seus usuários por meio de elementos gráficos, áudios
ou menus e botões. Para isso, é preciso premeditar, planejar e incorporar tudo com cuidado.
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Então, como pode ver, os cientistas da computação não são apenas programadores. São solucionadores criativos de problemas, psicólogos, artistas, autores, e, sim, até mesmo cientistas tradicionais.
Toda indústria precisa de cientistas da computação. Eles são necessários nas áreas de biologia,
video game, escolas, saúde, serviço público e qualquer lugar em que a inovação esteja presente.
Perguntas opcionais:
P: Quais outros trabalhos podem se beneficiar da ajuda da ciência da computação?
P: Você consegue pensar em algum trabalho em que o conhecimento de computadores não
seria útil? Você acha que existirão mais ou menos desses trabalhos em 5 anos?
RESPONSABILIDADE
Computadores são ótimos para tarefas repetitivas. Eles também são fantásticos para oferecer entretenimento interativo. O perigo é quando as pessoas ficam tão envolvidas com o
computador que param de se mexer e pensar por si próprias.
Quando você aprende a usar o computador muito novo, é extremamente importante ter em
mente o valor do equilíbrio. Quando falamos de tecnologia e poder humano, o equilíbrio é o
que nos deixa ter as melhores coisas dos dois lados. Vamos olhar estes três casos diferentes:
Tecnologia vs. Atividade física
Algumas pessoas preferem jogar video game, assistir televisão ou navegar pela
internet em vez de sair para brincar. A tecnologia é divertida, mas se não usarmos
nossas oportunidades para correr, pular e escalar, podemos perder experiências valiosas no futuro. Não se esqueça de equilibrar o tempo usado com tecnologia usando
o mesmo tempo com atividades físicas. Professores devem encorajar “pausas para
alongamento” a cada 30 minutos se uma aula exigir que os alunos fiquem concentrados na tecnologia por mais de meia hora.
Os professores também devem incentivar os alunos a seguir a regra 20/06/20.
Isto é: “A cada 20 minutos, olhe para um ponto a pelo menos 6 metros de distância,
ao menos por 20 segundos”
Perguntas opcionais:
P: O que acontece com seus músculos quando você para de usá-los?
P: Seus olhos têm músculos também. Como você acha que pode exercitá-los mais?
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Tecnologia vs. Meio ambiente
A tecnologia usa muitos recursos. Como tiramos proveito da tecnologia, é nossa
responsabilidade compensar os danos que causamos tomando cuidado com nosso
gasto de energia em outros lugares. Lembre-se de desligar as luzes quando deixar um
cômodo, desligar e tirar seu computador da tomada sempre que terminar
de usá-lo, e também reciclar todo o papel que usar.
Perguntas opcionais:
P: Onde mais você usa eletricidade e acha que poderia tentar economizar?
P: Existe mais alguma coisa que você poderia reciclar para compensar o uso de
papel?
Tecnologia vs. Filantropia
Os Cientistas da Computação ganham muito dinheiro. Mas quando você consegue
fazer algo que a maioria das outras pessoas não consegue, não é responsável se
aproveitar dos outros por isso. É muito melhor ter o hábito de “passar a diante”. Se
você aprender ciência da computação, tenha como objetivo ensinar pelo menos uma
outra pessoa. Você não vai estar só ajudando o futuro de alguém, vai perceber que
ensinar ciência da computação fará com que você entenda melhor as aulas. Se tiver a
oportunidade, tente se envolver com a criação de programas de código aberto para
outras pessoas.
Perguntas opcionais:
P: Como você ajudaria o mundo se fosse um cientista da computação?
P: Quem será a primeira pessoa para quem você planeja ensinar quando terminar de
aprender?
ATIVIDADE
Explique para os alunos que os melhores cientistas da computação entendem como é “ser”
um computador. Diga que eles aprenderão a entender como os computadores leem e
amarzenam dados.
Quando os alunos estiverem organizados (em grupos ou individualmente), é a hora de distribuir as tiras binárias. Ofereça a cada aluno uma cópia da tira binária (ou exiba uma cópia
grande para a classe toda). Com os alunos mais novos, o exercício pode ser feito com toda a
classe ao mesmo tempo.
Mostre a letra como uma sequência de quadrados coloridos e desafie os alunos a usarem
o decodificador para descobrir qual foi a letra que você escolheu. Caso os alunos tenham
dificuldade, ensine-os como fazer os primeiros quatro quadrados para a primeira ou segunda
parte do alfabeto (é por isso que existe um pequeno espaço entre os primeiros 4 quadrados
e os últimos 4 quadrados). Assim, eles terão menos opções. Continue escolhendo letras até
que a maioria dos alunos esteja gritando a letra escolhida ao mesmo tempo.
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Quando os alunos entenderem como o decodificador funciona, explique que este é o mesmo
método que computadores usam para armazenar dados. Computadores formatam tudo
(letras, números, imagens, até sons) como uma representação “ligado” e “desligado”. Agora,
você vai deixá-los fazer de conta que são computadores “armazenando” as letras do alfabeto
como código binário. Alunos do pré ao 3º ano podem usar a tira binária com uma letra para
armazenar a primeira letra de seus nomes nas tiras binárias (ou armazenar a primeira letra de
sua escola, se estiverem trabalhando todos juntos). Alunos dos anos 4-6 podem usar as tiras
binárias com duas letras para codificar suas iniciais. Alunos mais velhos podem armazenar
seus nomes inteiros em um pedaço de papel quadriculado. Desafie os aluno mais velhos a
adivinhar quantos quadrados eles precisariam para armazenar seus nomes e sobrenomes
juntos. (Resposta: número de letras * 8).
Se sobrar tempo ao final do exercício, permita que os alunos codifiquem o que
quiserem, e depois troquem a mensagem com um colega para ele tentar decodificar.
Opcional:
Os alunos também podem usar uma grade 4x4 da folha de quadrados binários para armazenar suas iniciais. Eles podem usar uma cor para a letra de sua primeira inicial (colocando os 8
quadrados em 2 linhas de 4 quadrados em vez de 1 linha de 8 quadrados) e uma segunda cor
para sua última inicial. Professores ou alunos podem fixar o quadrado em um ímã e criar um
jeito legal de deixar suas iniciais em código binário!
AJUSTES
Pré até 3º ano: Use tiras binárias com apenas uma letra. Trabalhe em grupos ou com a
classe toda.
4º-6º ano: Use tiras binárias com apenas duas letras. Os alunos podem armazenar sua iniciais
nessas duas linhas. Alunos podem querer trabalhar em grupos.
7º-8º ano: Os alunos devem ser desafiados a codificar mensagens mais longas em papel
quadriculado.
PASSOS
1) Apresente a ciência da computação
2) Explique a responsabilidade de um cientista da computação
3) Distribua as tiras binárias ou o papel quadriculado para os alunos
4) Faça um rápido exercício de codificação binária para os alunos entenderem como é “ser”
um computador
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
DECODIFICADOR BINÁRIO
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AULA 1: INTRODUÇÃO À ARTE DA CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
TIRAS BINÁRIAS
Código binário
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TIRAS BINÁRIAS
Código binário
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QUADRADOS BINÁRIOS
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